在電源與充電樁等高功率應用中,通常需要專用驅(qū)動器來驅(qū)動最后一級的功率晶體管。這是因為大多數(shù)微控制器輸出并沒有針對功率晶體管的驅(qū)動進行優(yōu)化,如足夠的驅(qū)動電流和驅(qū)動保護功能等,而且直接用微控制器來驅(qū)動,會導致功耗過大等弊端。
首先,在功率晶體管開關(guān)過程中,柵極電容充放電會在輸出端產(chǎn)生較高的電壓與電流,高電壓與高電流同時存在時,會造成相當大的開關(guān)損耗,降低電源效率。因此,在控制器和晶體管之間引入驅(qū)動器,可以有效放大控制器的驅(qū)動信號,從而更快地對功率管柵極電容進行充放電,來縮短功率管在柵極的上電時間,降低晶體管損耗,提高開關(guān)效率。其次,更大的電流可以提高開關(guān)頻率,開關(guān)頻率提高以后,可以使用更小的磁性器件,以降低成本,減小產(chǎn)品體積。
為什么要用隔離驅(qū)動?
給功率管增加驅(qū)動的方式有兩種,一種是非隔離驅(qū)動,一種是隔離驅(qū)動。傳統(tǒng)電路里面經(jīng)常見到非隔離驅(qū)動,在高壓應用中一般采用半橋非隔離驅(qū)動,該驅(qū)動有高低兩個通道,低側(cè)是一個簡單的緩沖器,通常與控制輸入有相同的接地點;高側(cè)則除了緩沖器,還包含高電壓電平轉(zhuǎn)換器。
非隔離驅(qū)動有很多局限性。首先,非隔離驅(qū)動模塊整體都在同一硅片上,因此耐壓無法超出硅工藝極限,大多數(shù)非隔離驅(qū)動器的工作電壓都不超過700伏。其次,當高側(cè)功率管關(guān)閉而低側(cè)功率管打開時,由于寄生電感效應,兩管之間的電壓可能會出現(xiàn)負壓,而非隔離驅(qū)動耐負壓能力較弱,所以如果采用非隔離驅(qū)動,應特別注意兩管間電路設(shè)計。第三,非隔離驅(qū)動中需要用到高電壓電平轉(zhuǎn)換器,高電平轉(zhuǎn)換到低電平時會帶來噪聲,為了濾除這些噪聲,電平轉(zhuǎn)換器中通常加入濾波器,這會增加傳播延遲,而低側(cè)驅(qū)動器就需要額外增加傳輸延遲,以匹配高側(cè)驅(qū)動器,這就既增加了成本,又使得延遲很長。第四,非隔離驅(qū)動與控制芯片共地,不夠靈活,無法滿足現(xiàn)在許多復雜的拓撲電路要求,例如在三相PFC三電平拓撲中,要求多個輸出能夠轉(zhuǎn)換至控制公共端電平以上或以下,所以這種場景無法使用非隔離驅(qū)動。